Materiales aislantes

¿Qué son los materiales aislantes?

Los materiales aislantes son los que reducen, resisten o impiden completamente el paso de alguna clase de energía, como el calor o la electricidad. Sirven para proteger a los seres vivos, alimentos y otros objetos de los elementos y sus condiciones, como el revestimiento plástico de los cables y las paredes o techos de las casas.

Algunos de estos materiales son el plástico, la porcelana, la madera, el vidrio, entre otros.

Para que cumplan bien su función, estos materiales necesitan tener una conductividad térmica baja que les permita reducir la trasmisión de calor. También deben tener una fuerte resistencia a las temperaturas muy altas que evite que se derritan.

La permeabilidad al aire también es una propiedad muy importante de los aislantes térmicos. Deben ser materiales por donde el aire pueda fluir a través de sus poros. Buenos aislantes térmicos tienen una alta permeabilidad frente al aire, ya que es una sustancia aislante en sí.

Esta permeabilidad no debe permitir el paso del vapor o la humedad, de manera de evitar o minimizar la condensación de líquidos o corrosión de los materiales. Los mejores aislantes térmicos tienen muy baja permeabilidad al vapor y la humedad.

El material aislante debe ser resistente al agua, a los solventes y químicos; debe ser duradero y no perder su eficiencia en el corto tiempo. Debe ser de fácil instalación, no inflamable, no absorber olores y no atraer hongos ni alimañas.

Materiales aislantes térmicos

• Fibra de vidrio. Es uno de los más usados por su bajo coeficiente de transmisión térmica y alta resistencia. También funciona para aislar de corrientes eléctricas y de sonido. Se elabora tejiendo finos filamentos de polímeros de vidrio para formar bastones, láminas o paneles.

• Lana mineral. Puede fabricarse a partir de rocas de basalto o del residuo superficial del metal fundido. Se usa por su alta resistencia al fuego, pero conviene combinarla con otros materiales para obtener una protección al calor más eficiente.

• Celulosa. Es uno de los materiales aislantes más ecológicos del mercado. Se elabora reciclando productos varios del papel. Es un material que puede compactarse bastante, lo que disminuye la presencia de oxígeno entre sus partículas. Esta propiedad lo hace excelente para minimizar el daño por fuego.
• Poliestireno. Material termoplástico muy liviano y resistente al agua, excelente como aislante de temperatura y sonido. Se usa para elaborar bloques o tablas de espuma de polietileno moldeadas a necesidad. Es inflamable, por lo que es recomendable forrarlo de otros materiales a prueba de fuego.

• Poliuretano. Es una espuma aislante que contiene un gas en sus células, que es de muy baja conductividad y de gran resistencia térmica. Se puede utilizar en forma de líquido espumoso para rociar, en bloques de espuma rígida o moldeado en láminas o paneles.

• Perlita. Tipo de roca volcánica inerte compuesto principalmente de sílice y aluminio, pero con algunas impurezas que lo hacen absorber humedad. Se utiliza en gránulos pequeños para rellenar espacios reducidos y agujeros. Es un buen aislante térmico pero funciona solo si está seco. Su uso se ha visto cada vez más reducido por su cualidad venenosa.

• Corcho. Probablemente sea el material aislante más antiguo del mercado y el más usado en la industria de la refrigeración. Es muy resistente a la compresión y difícil de quemar. Solo puede usarse por debajo de los 65 °C y tiende a absorber humedad.

• Fibra de plástico. Está hecha principalmente de botellas de plástico de polietileno recicladas. Las fibras son tejidas en forma de bastón similar a la fibra de vidrio. Este aislante se trabaja con un retardante para que no se queme tan rápido, pero puede derretirse al exponerse al fuego.
• Aerogel. Inicialmente fue usado en proyectos espaciales para elaborar lozas resistentes aproximadamente a 2000 °F con muy poca transferencia de calor. Actualmente está disponible en el mercado en láminas flexibles llamadas Pyrogel XT. Es uno de los aislantes industriales más eficientes del mundo.
• Vermiculita. Como la perlita, es peligroso para la salud. Se usa en pequeños gránulos que se arrojan entre otros materiales o para rellenar agujeros. También solía mezclarse con cemento para elaborar un concreto más liviano y menos conductor de calor.
• Polisocyanurato. Plástico espumoso termoendurecible que contiene en sus células un gas de baja conductividad y alta resistencia, libre de hidroclorofluorocarbonos. La espuma líquida puede adaptarse a las superficies requeridas.
• Algodón. Como aislante, se combina con fibras de plástico y borato para hacerlo resistente a animales y retardar su inflamación.
• Lana animal. También se trata con borato para resistir alimañas, fuego y moho. Puede aguantar mucha agua pero su exposición prolongada e intermitente al líquido puede disolver el borato.
• Paja. Usada desde hace más de 150 años en forma de pacas para aislar los graneros y casas del calor. También sirve para absorber sonido.
• Cáñamo. Material comúnmente usado para elaborar cuerdas, actualmente se utiliza como aislante, como otras fibras vegetales parecidas como la paja o la lana.

Materiales aislantes eléctricos

• Madera. La madera es un aislante eléctrico, siendo todavía habitual ver postes de luz hechos de madera. Sin embargo, es aislante siempre y cuando la madera esté seca, ya que el agua (y por tanto, la humedad) son conductores de electricidad.
• Caucho. Este material, además de ser muy moldeable, flexible y resistente, es perfecto para evitar la conducción de electricidad. Por ejemplo, los profesionales que trabajan de manera directa con la electricidad utilizan botas de caucho.
• Cerámica. Restringe la movilidad iónica y electrónica, por lo tanto, es un material no conductor de la electricidad. Esto la hace ideal para fabricar discos de alta tensión.
• Silicona. Este material tiene, entre otras capacidades, la de aislar la electricidad. Esto la hace ideal para sellar componentes de electrónica y la fijación de componentes.
• Óxido de aluminio. Debido a que es un material no conductor, el óxido de aluminio resulta perfecto para la fabricación de aisladores de temperaturas o eléctricos, tubos láser o anillos de sellado.

Materiales aislantes acústicos

• Plomo. Es el material más usado para el aislamiento acústico debido a su relación calidad-precio. Su densidad, rigidez o porosidad son algunos de sus principales fortalezas. Pero es tóxico.
• Acero. Hace que el sonido rebote cuando choca contra él, por lo que es un aislante acústico muy poderoso. Puertas de edificios o paneles en bares y centros de ocio suelen ser fabricados con acero para mantener el aislamiento del sonido interno o externo.
• Lana de roca. Realmente es un absorbente acústico, pero sirve también eficazmente para el aislamiento de sonido. Es un material robusto y muy utilizado en ciertas estructuras por ser estéticamente atractivo.
• Elastómeros. Material utilizado en construcción de viviendas por su capacidad de aislar el sonido, mantener el calor y evitar que se generen grietas o fisuras. Tiene un ciclo de vida alto.

¿Cómo fluye el calor en los materiales aislantes?

El calor siempre se moverá de áreas calientes a áreas frías buscando equilibrio. Si el interior de un tanque protegido por aislantes térmicos está más frío que el aire de fuera, el tanque atraerá el calor exterior. Mientras haya más diferencia de temperatura, el calor fluirá más rápido al área fría.

• Conducción. Es la manera en que la energía se mueve a través de los materiales de molécula en molécula. Para esto es necesario el contacto físico entre las partículas y cierta diferencia de temperatura; al colocar una cuchara en una taza de café caliente, el calor se conduce del líquido al metal y por el mango a la mano.
• Convección. Es la manera como los líquidos y gases transportan el calor cuando se mueven de un lugar a otro. Esta es la razón por la cual el aire más liviano y caliente busca subir, y el aire frío y denso tiende a buscar el nivel del suelo.
• Radiación. Es la trasmisión de energía de manera directa a través de un medio completamente transparente calentando todo material sólido a su paso. Esto ocurre, por ejemplo, con la luz como radiación infrarroja (una lupa) o con algún tipo de ondas electromagnéticas.

Referencias

1. Ring, J. What Are Insulators? Recuperado de sciencing.com.
2. 5 Most Common Thermal Insulation Materials. Recuperado de thermaxxjackets.com.
3. Kinyanjui, L. The Properties of Insulators. Recuperado de sciencing.com.
4. Insulation materials and their thermal properties. Recuperado de greenspec.co.uk.
5. Thermal insulation materials. Recuperado de build.com.au.